非视距信号传播场强特性的分析与研究

为探索机场通信路径中障碍物造成非视距传播产生衍射损耗,对信号场强衰减特性进行了研究。首先,基于ITU-R P.1546中不同地形环境对信号传播的影响,结合Deygout模型构建信号场强组合模型。其次,按障碍物数量分析随障碍物高度变化的接收场强传播特性。仿真结果表明,单障碍物越高,占据0.6F1菲涅尔区越大,场强越小;双障碍物路径中,高度增加的障碍物经过由次要转为主要障碍物,直到只剩主要障碍物的过程,使场强逐渐衰减。再次,针对场强上升,分析了次要障碍物高度与0.6F1菲涅尔区的关系。最后,调整覆盖场强最小阈值,确定接收设备是否被障碍物遮挡,从而导致信号被屏蔽。上述研究结果可为未来模拟机场各场景下障碍物分布,预测接收机是否因障碍物受干扰或影响场强覆盖范围提供参考依据。

陆基海洋通信船舶绕射损耗模型研究

海上主要港口和航道上船舶吞吐量大,陆基船舶通信链路被过往船舶遮挡的时间长、频次高,严重影响陆基船舶通信链路的连接质量。针对船岸通信信道测量场景中发生的由过往大型船舶驶过造成遮挡而产生的阴影效应,结合高精度实测数据对这一现象的大尺度信道特性进行了分析和建模。结合阴影效应发生位置的第一菲涅尔半径、离岸距离、收发天线路径距离、天线连线高度和海面曲率引起的相对高度变化等影响因素的内在联系,解析了阴影效应发生时遮挡船只的整个运动过程,并对第一菲涅尔区与遮挡船只相对位置对应的不同时间节点进行了分类。基于ITU-R P.526-15(2019年10月)建议书中的单个刀刃形绕射模型和单个圆形绕射模型,结合船只和第一菲涅尔区的相对关系,构建了基于遮挡船的三维数据和收发端相对位置的船舶绕射损耗模型,针对实测过程中D 06(0.6倍第一菲涅尔区间隙对应的路径距离)范围内和范围外两种情况下的两次船舶遮挡过程进行了模型仿真和实测数据比对分析,并结合分析结果提出了未来的应用方向。

再谈半波损失和薄膜干涉

本文的主要内容有四点.一是对近期本刊发表的《光由光密介质射向光疏介质时半波损失的条件》作补充讨论,给出一些数学公式上的解释和相应的物理情景.二是讨论该文中谈到的一些关于半波损失的看法,并指出当偏振平行于入射面的光从光密介质入射到光疏介质、且光密介质折射率远大于光疏介质折射率时,一般不会有半波损失.三是给出薄膜干涉的定量计算结果,展示了在通常情况下,教科书上的薄膜干涉公式结果与按菲涅耳公式计算的结果是非常接近的.四是指出,教科书上的薄膜干涉公式所指示的暗纹条件恰好是正确的,但对于亮纹条件,在某些情况下,该公式会得出完全错误的结果.

菲涅尔透镜提高太阳能利用率的研究

随着经济的发展,能源短缺,太阳能越来越受到重视。采用聚光器可提高太阳照射在单位面积上的能量密度,从而克服太阳能分散性的缺点。本文主要介绍了太阳能聚光器的特点,分析了菲涅尔透镜的结构、优点及成像特性。通过实验,分析了菲涅尔透镜在提高太阳能利用率时的各种损失因素。

线聚光菲涅耳集热器的端部损失与补偿

线聚光菲涅耳集热器的端部损失对其光学性能的影响非常重要。基于南北向菲涅耳反射镜场,该文从分析入射太阳光线与反射镜单元跟踪轴线之间的夹角出发,导出了反射光线到达接收器时在南北向偏离的距离(即端部损失)的计算公式。以北纬25°01′为例计算分析了在月平均日、春分秋分日和夏至冬至日的端部损失随反射镜单元焦距、反射镜距接收器的水平距离的变化情况,并通过光线跟踪模拟实验对春分秋分日的计算结果进行验证,两者十分吻合。同时,对端部损失的补偿方法进行了探讨。该研究方法和结果对如何减少线聚光菲涅耳集热器的端部损失具有实际指导作用。

三运动复合线性菲涅耳反射式太阳聚光系统的性能研究

为改善线性菲涅耳反射式聚光系统的余弦损失对系统聚光效率的影响,提出了一种运动式线性菲涅耳反射聚光系统,该聚光系统依靠镜场与太阳保持反向运动来减小余弦损失.通过在广西柳州(北纬24°03')搭建的实验台架对系统的可行性和效率增加进行了验证.实验结果表明该新型系统对太阳光的聚光效率比固定式菲涅耳系统提高9%左右,与理论计算值相当.文中亦利用光学仿真分析对系统布置的优化进行了探讨.分析结果表明在现有系统参数的基础上,适当降低接收器高度可进一步减小余弦损失;在二次聚光器接收允许的范围内适当增大镜元间距还可减小镜场遮挡损失,继续提高系统聚光集热效率.

关于薄膜干涉中额外光程差的讨论

就薄膜干涉中两反射光间的额外光程差问题展开论述。首先给出半波损失的概念,强调入射光在掠入射或正入射两种情况下,反射光才可产生半波损失。其次讨论薄膜干涉中各种情况下反射光间的额外光程差。第1种情况是折射率为n2的薄膜处于折射率为n1的介质中,可分为n1>n2和n1<n22种情况。第2种情况是薄膜上下表面以外介质折射率不同,又可分为n1>n2>n3,n1<n2<n3,n1>n2<n3及n1<n2>n34种情况。分别讨论了反射光间是否存在额外光程差,并且对入射角的范围作了说明,同时更正了部分文献的错误。与某些教科书给出的结论不同,当媒质的折射率逐次变化时,也会存在一个额外光程差,但不是λ/2;而当薄膜上下表面物理性质相反时,也有额外光程差不为λ/2的特例。

圆形镜平面腔数值迭代计算

从菲涅尔-基尔霍夫积分衍射方程出发,推导了圆形镜平面腔所满足的自再现模迭代方程,给出了数值迭代方程的具体形式和TEM00、TEM01、TEM10 3个模式的具体迭代方法。分析计算了3个自再现模的形成过程、单程损耗及相位等特性,并比较了不同菲涅尔数时各模式的本征值和衍射损耗。该方法为研究圆形平面镜谐振腔的激光模式、损耗特性及相位提供了可靠的理论方法,具体的数值迭代方法也可推广应用到其他类型的谐振腔。

2.4GHz CBTC车地通信系统在隧道中的传播特性研究

目前的城市轨道交通车地通信技术大多采用2.4GHz的ISM频段。本文给出2.4GHz无线局域网在北京地铁昌平线隧道内传播的现场测试结果,并结合Fresnel区的定义以及Wireless InSite仿真软件研究隧道中2.4GHz无线电波的传输规律,说明在实际隧道中使用经验混合传播模型计算近区和远区转折点的不足,以及隧道内金属反射体和其他遮挡物对转折点的位置确定存在较大的影响。利用最小二乘法对测试结果进行直线拟合,得到近区和远区不同的路径损耗因子,使近区信号波动相对于远区较剧烈的结论得到验证。对近区和远区的信号波动分布进行统计,指出其近似莱斯分布的特性。

一种VANET信道丢包率模型

车载自组网(Vehicular Ad hoc Network,VANET)信道建模对车辆间通信具有重要意义。分析了2.4GHz通信频段两车在武汉市内通信实测丢包率数据,提出了信道丢包率模型FVPM(Fresnel theory based VANET Propagation Model),考虑了实际传输中车辆和街道环境对丢包率影响,以及丢包率随距离变化的概率分布。最后的模型检验结果表明,FVPM比经典Two-Ray、Shadowing模型更加准确地描述了VANET信道特征,对VANET信道研究具有借鉴意义。

菲涅耳反射式太阳能聚光系统的三运动复合跟踪

提出了线性菲涅耳式太阳能反射聚光系统新的跟踪方式:置于接收器上方的二次聚光器配合镜场平移的同时进行旋转,与平面镜的转动组成三运动复合形式。通过镜场的整体平移减小余弦损失,提高系统整体的聚光集热效率。从理论分析和计算机模拟两个方面对这种三运动复合形式进行的研究发现,三运动系统的总余弦损失在一天中基本不变。对一个24 m2镜场的测试分析表明,在夏季晴天条件下,三运动复合系统的有效能量增加率约为5.8%,每天的能量增益达到38 MJ左右。

严寒地区小型线性菲涅尔聚光集热器末端损失与补偿

针对严寒地区线性菲涅尔聚光集热器末端损失严重的问题,该文以呼和浩特地区小型线性菲涅尔聚光集热系统为研究对象,根据不同季节太阳位置的变化,理论分析并计算了沿水平南北轴放置的线性菲涅尔集热器自东向西跟踪过程的末端损失,得到其变化规律及补偿方法,并进行了试验验证。结果表明,一天中末端损失随时间的变化趋势与太阳高度角的变化趋势相同,与太阳方位角变化趋势相反,正午时刻末端损失最大,早晨和傍晚时刻末端损失最小;不同季节相同时间段内的末端损失,冬季最大,夏季最小,春季和秋季几乎相等;镜场调节试验结果表明,增大反射镜北端与水平面的夹角可以补偿末端损失,在夏至前后正午,当镜场北端抬高20°时,末端损失减少至集热器长度的1/10左右,瞬时集热效率达到65.9%,与反射镜调节前相比,正午瞬时集热效率提高54.5%,下午时间段内瞬时集热效率提高20%左右。研究结果可为减小严寒地区小型线性菲涅尔聚光集热器末端损失提供理论参考。

半波损失存在的条件探析

文章从半波损失的概念以及菲涅尔公式出发,运用图解法逐个分析了单一界面上的折射、正入射、掠入射、斜入射以及薄膜上下表面的反射与折射的半波损失问题,得出了半波损失产生的条件不仅与介质的折射率有关,还与入射角的大小有关.

电磁矢量的菲涅耳公式

从电磁场理论推导了磁矢量的菲涅耳公式并提出了光的电磁矢量的菲涅耳公式,用电磁矢量诠释反射光、折射光的"半波损失",并从电磁矢量角度归纳洛埃镜实验和维纳驻波实验结果,分析了偏振现象.

关于半波损失问题的探讨

本文通过对菲涅耳公式的深入分析 ,得出了半波损失正确概念及反射时是否发生半波损失的基本分析方法 ,并指出了半波损失与薄膜干涉中的额外程差的区别 ,纠正了一些文献中常见的错误认识并得到了一些重要结论。

论光在介质表面反射时的半波损失问题——兼与张静江先生商榷

指出了半波损失研究中存在的问题 ,定性研究了在一般斜入射时反射光和折射光电矢量的方向 。

不同顶端形态声屏障菲涅尔半波带衍射研究

为了研究不同顶端形态声屏障对噪声衍射的衰减特性,针对4种常见的声屏障噪声衰减问题,应用菲涅尔半波带法,对其插入损失进行计算并对其降噪效果进行评价。充分考虑次级扰动带来的半波带声能贡献,推导任意阶半波带声屏障声影区的衍射衰减计算公式。通过计算4种不同顶端形态下声屏障的插入损失,绘制不同声屏障下交通噪声的衍射声场,并呈现其水平和垂直方向的噪声衍射规律。计算结果表明,声屏障的插入损失随着高度和离声屏障距离的增加而减小。顶端形态对声屏障降噪效果有很大影响,其中T型和Y型屏障对声音遮挡最为明显,其次为折角型屏障,竖直型屏障降噪效果最差。试验结果验证了4种声屏障的衍射规律,并进一步证实了存在双衍射现象的T型和Y型屏障有更明显的降噪效果。

集装箱船甲板长直通道无线覆盖仿真

为实现对集装箱船甲板长直通道的无线覆盖预测,提出一种基于射线跟踪法的无线覆盖仿真方法;采用射线跟踪法的反向算法建立射线反射模型,实现点对点传播路径的仿真计算。参照国际电信联盟给出的建议书,对第1菲涅尔损耗点和长直通道的菲涅尔损耗进行计算,对射线反射模型进行有效修正。采用最小二乘法对仿真曲线进行双斜率拟合,得到甲板长直通道的损耗公式。通过试验仿真计算,得到全封闭通道的路径损耗因数分别为1.508和3.030,半封闭通道的路径损耗因数分别为1.512和3.323,符合国际电信联盟建议书的一般性结论,可在集装箱船设计时提供无线覆盖预测,为不同尺度的集装箱船甲板长直通道的基站布设提供设计和优化方面的指导。

剪扭作用下塑料光纤力光转换特性试验研究

为了研究滑开型和撕开型裂缝条件下塑料光纤的光学感知特性,分别进行了剪切和扭转作用下塑料光纤的力光转换特性试验.结果表明,在错动位移由0增加至0.5mm的过程中,光损耗值和菲涅尔反射值与错动位移呈近似线性关系,灵敏度分别达到15.6dB/mm和5.9dB/mm.塑料光纤内部的光损耗特性对剪切作用较敏感,而对扭转作用不敏感,光损耗水平保持在1dB左右.滑开型和撕开型裂缝条件下塑料光纤具有相似的光学感知特性,菲涅尔反射值和光损耗值都可以作为裂缝错动位移的监测指标,其中,光损耗水平变化幅度更大,对裂缝的感知更敏感.

开裂条件下塑料光纤的力光转换特性

针对结构出现张开型裂缝条件下塑料光纤的光学感知特性,采用光时域反射技术,分别进行了轴向和非轴向拉伸作用下塑料光纤的力光转换特性试验.结果表明:塑料光纤在受非轴向小角度拉伸时对裂缝感知能力相对更强,当塑料光纤与裂缝呈45°斜交时,光损耗值和菲涅尔反射值的灵敏度分别达到0.87,dB/mm和0.68,dB/mm,且夹角较小时对裂缝的感知灵敏度较高,以塑料光纤内光损耗水平作为裂缝监测指标可监测到的裂缝最大开度为6,mm.可将塑料光纤光损耗量作为结构开裂的监测指标、菲涅尔反射峰作为裂缝发生位置的定位指标,对混凝土工程的裂缝进行监测.